光固化3D打印工作原理是怎樣的？

3D打印起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，由美國(guó)研究的照相雕塑和地貌成型技術(shù)開創(chuàng)了的3D打印核心思想，1984年，查爾斯胡爾將光學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖俪尚皖I(lǐng)域，并于1986年成立了世界上第一家生產(chǎn)3D打印設(shè)備的公司3D Systems，自此，美國(guó)開始涌現(xiàn)出多家3D打印公司。隨后，日本、俄羅斯、英國(guó)等開始積極布局3D打印。

在眾多國(guó)家的共同推動(dòng)下，3D打印技術(shù)加快成熟，光固化3D打印就是其中十分重要的一種。光聚合成型類3D打印技術(shù)，是一種利用光敏樹脂材料在光照下固化成型的3D打印技術(shù)的統(tǒng)稱，其主要包括三種技術(shù)路線。

其一，是由美國(guó)3D Systems開發(fā)并最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的光固化成型技術(shù)(SLA)；其二，是由德國(guó)envision TEC公司基于數(shù)字光處理(DLP)投影儀技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)DLP 3D打印技術(shù)；其三，是由以色列Objet公司(2012年與Stratasys合并)開發(fā)的聚合物噴射技術(shù)(PolyJet)。

2020年，中國(guó)科學(xué)院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組裝/福建省納米材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員吳立新課題組基于可逆共價(jià)鍵，合成了可水解的交聯(lián)劑，在3D打印光敏樹脂中添加這種交聯(lián)劑能夠提高打印分辨率，打印的模具可在熱水中溶解，這一進(jìn)展已獲多方關(guān)注。

光固化3D打印技術(shù)已經(jīng)非常常見(jiàn)，具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，比如精度高、速度快、表面質(zhì)量好等，對(duì)于牙科等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用。當(dāng)然，3D打印也有不足之處。得到的零部件力學(xué)性能不穩(wěn)定、當(dāng)前可用的原材料種類仍然有限、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的3D打印的規(guī)模效益不如傳統(tǒng)的加工方式、在加工精度和表面粗糙度等方面與傳統(tǒng)的精密加工技術(shù)相比存在差距等。也許隨著技術(shù)、材料、工藝的不斷進(jìn)步，這些短板問(wèn)題能夠得到妥善解決。

光固化3D打印技術(shù)原理為光譜中能量最高的紫外光產(chǎn)生的活化能，能夠使不飽和聚酯樹脂的C—C鍵斷裂，產(chǎn)生自由基從而使樹脂固化。當(dāng)不飽和聚酯樹脂中加入光敏劑后，用紫外線或可見(jiàn)光作能源引發(fā)，能使樹脂很快發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。故SLA工藝的材料就是光敏樹脂，需要裝滿整個(gè)材料槽，主要工作設(shè)備是激光器和振鏡。

振鏡通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的偏振把激光器發(fā)出的紫外光照射到規(guī)定的材料槽液體表面上使其固化，事先模型被計(jì)算機(jī)均分成N個(gè)切片，每個(gè)切片可看作一個(gè)二維平面，固化完一個(gè)切片平面網(wǎng)板會(huì)帶著模型下降到下一個(gè)切片平面，一次類推直至打印完成。

SLA光固化成型主要是以光敏樹脂作為原材料。該材料一般為液態(tài)，是由光引發(fā)劑，單體聚合物與預(yù)聚體組成的混合物，可在特定波長(zhǎng)紫外光(250 nm~400 nm)照射下立刻引起聚合反應(yīng)，完成固化。

從應(yīng)用角度來(lái)看，SLA光固化3D打印技術(shù)可以用于電子行業(yè)，制作電子產(chǎn)品外殼。有些模型用光敏樹脂材料以0.05mm層厚打印而成，整個(gè)打印過(guò)程較順利，僅用數(shù)十小時(shí)就可打印完成，而且成品打印精度高。后期再經(jīng)過(guò)打磨拋光上色，整體效果會(huì)更加良好。

專家表示，隨著我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、新材料以及先進(jìn)制造的發(fā)展，3D打印產(chǎn)業(yè)將會(huì)在國(guó)產(chǎn)化方面取得迅速而明顯的成果。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，業(yè)內(nèi)人士還需立足現(xiàn)實(shí)，從新型材料研發(fā)、關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)、前沿設(shè)備研制等方面入手，扎扎實(shí)實(shí)、孜孜不倦地去奮斗和創(chuàng)造。